[发明专利]一种气力输送两相流颗粒荷电分布测量方法及测量装置

权利要求书

1.一种基于静电耦合电容双模复用阵列传感器的气力输送两相流颗粒荷电分布测量方法，其特征是，所述静电耦合电容双模复用阵列传感器包括16个静电-电容双模复用弧状检测电极和8个电容激励电极；16个静电-电容双模复用弧状检测电极分为上下游两组，每组8个均匀周向布置在传感器管道上，上游电极与下游电极相对设置构成双阵列结构；8个电容激励电极均匀周向布置在传感器管道上，电容激励电极与静电-电容双模复用弧状检测电极间隔设置；

所述测量方法包括以下步骤：

步骤一：利用数值模拟和实验相结合的方法获取静电耦合电容双模复用阵列传感器电极E_i在管道截面(x,y)位置处的动态空间电荷灵敏度：S_i(x,y,ε(x,y),v(x,y))，用以表征传感器输出静电信号与颗粒速度、浓度、位置以及携带荷电量之间的定量关系，其中ε(x,y)为(x,y)位置处的颗粒介质浓度；v(x,y)为(x,y)位置处的颗粒速度；

步骤二：建立颗粒荷电分布测量系统的正向模型：

式(1)中：Q_i为传感器电极E_i上的感应电荷值；G(x,y)为管道截面(x,y)位置处的电荷分布；D表示管道截面区域；

将式(1)转化为矩阵形式：

式(2)中，i为传感器电极数目；N为电荷成像像素点；S_iN表示传感器电极E_i在第N个电荷成像像素点位置处的电荷灵敏度；G_N表示第N个电荷成像像素点位置处的电荷分布；

式(2)可简写成：

Q＝S·G (3)

步骤三：利用静电耦合电容双模复用阵列传感器输出电容信号结合层析成像法重建管道双截面颗粒浓度分布ε₁(x,y)和ε₂(x,y)，将ε₁(x,y)和ε₂(x,y)进行融合，得到传感器区域内气固两相流颗粒浓度最优分布ε_o(x,y)；

步骤四：利用静电耦合电容双模复用阵列传感器输出静电信号结合互相关法得到颗粒局部速度，利用双截面颗粒浓度分布结合图像互相关算法得到颗粒速度分布，之后将颗粒局部速度和速度分布进行融合，得到传感器区域内气固两相流颗粒速度最优分布v_o(x,y)；

步骤五：将ε_o(x,y)和v_o(x,y)作为先验信息，实时更新传感器的动态空间电荷灵敏度，得到S_i(x,y,ε_o(x,y),v_o(x,y))，其矩阵形式为S_o；

步骤六：将传感器电极上的感应电荷Q作为投影数据，结合实时更新后的S_o，利用线性反投影算法得到管道截面的电荷分布：

式中，S_o^T为S_o的转置矩阵。

2.利用权利要求1所述的气力输送两相流颗粒荷电分布测量方法的测量装置，其特征是，所述测量装置包括静电耦合电容双模复用阵列传感器、静电与电容信号分离与采集模块、浓度分布测量模块、速度分布测量模块以及成像计算机；静电耦合电容双模复用阵列传感器与静电与电容信号分离与采集模块相连接，静电与电容信号分离与采集模块分别与浓度分布测量模块、速度分布测量模块以及成像计算机相连接，浓度分布测量模块、速度分布测量模块分别与成像计算机相连接。